讀表器外殼注塑成型CAE分析及其模具設(shè)計(jì)

題目學(xué)生姓名專業(yè)班級(jí)成型17-3班所在院系材料科學(xué)與工程學(xué)院指導(dǎo)教師職稱副教授所在單位材料成型系教研室主任完成日期2021年6月15日摘要本文對(duì)某公司生產(chǎn)的讀表器外殼進(jìn)行注塑成型。讀表器外殼屬于板狀外殼類塑件，外形較為簡單，屬于小型塑件。在設(shè)計(jì)本塑件時(shí)，由于其結(jié)構(gòu)典型，不僅適用于讀表器外殼，同時(shí)適用于一些小型產(chǎn)品外殼塑件，所以對(duì)讀表器外殼的模具設(shè)計(jì)具有廣泛的意義。本文對(duì)讀表器外殼注塑模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，首先分析讀表器外殼的成型工藝性，確定型腔數(shù)量和分型面，初選注塑機(jī)，通過校核注射量，注射壓力以及鎖模力完成注塑機(jī)的選取。同時(shí)使用UG12.0軟件對(duì)塑件進(jìn)行三維實(shí)體造型。將塑件的UG三維模型導(dǎo)入Moldflow2019中進(jìn)行CAE分析。進(jìn)行塑件的澆口和成型窗口分析。然后初步確定了兩種澆注方案，并對(duì)兩種澆注方案開展CAE分析，比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)，確定最終的澆注方案。進(jìn)而計(jì)算成型零部件尺寸，確立型腔和型芯的結(jié)構(gòu)。同時(shí)對(duì)脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并完成了校核。然后選取模架和一些標(biāo)準(zhǔn)件，最后對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)和CAE分析，初步給出了模具的估價(jià)。本次設(shè)計(jì)對(duì)于一些中小型外殼類塑件注塑模具設(shè)計(jì)具有一定的參考意義。關(guān)鍵詞：注塑成型模具設(shè)計(jì)CAE分析AbstractInthisarticle,ameterreadershellproducedbyacompanyisinjection-molded.Themeterreadershellisaplate-shapedshellplasticpartwitharelativelysimpleappearanceandisasmallplasticpart.Whendesigningthisplasticpart,duetoitstypicalstructure,itisnotonlysuitableforthehousingofthemeterreader,butalsoforsomesmallproducthousingplasticparts,soithasawiderangeofsignificanceforthemolddesignofthemeterreaderhousing.Thisarticlegivesadetailedintroductiontothedesignoftheinjectionmoldforthemeterreaderhousing.First,analyzethemoldingprocessofthemeterreaderhousing,determinethenumberofcavitiesandpartingsurfaces,selecttheinjectionmoldingmachine,andchecktheinjectionvolume,injectionpressureandlock.Themoldforcecompletestheselectionoftheinjectionmoldingmachine.Atthesametime,UG12.0softwareisusedtocarryoutthree-dimensionalsolidmodelingofplasticparts.ImporttheUG3DmodeloftheplasticpartintoMoldflow2019forCAEanalysis.Analyzethegateandmoldingwindowofplasticparts.Thentwopouringschemeswereinitiallydetermined,andCAEanalysiswascarriedoutonthetwopouringschemes.Bycomparingthierstrengthsandweaknesses,thefinalpouringschemewasdetermined.Thencalculatethesizeofthemoldedpartsandestablishthestructureofthecavityandcore.Atthesametime,theejectionmechanismwasdesignedandchecked.Thenselectthemoldbaseandsomestandardparts,andfinallycarryoutthedesignandCAEanalysisofthecoolingsystem,andgiveapreliminaryestimateofthemold.Thisdesignhascertainreferencesignificanceforthedesignofinjectionmoldsforsomesmallandmedium-sizedshellplasticparts.Keywords：InjectionMoldingMoldDesignCAEAnalysis目錄TOC\o"1-3"\h\u前言 第二章注塑機(jī)的選擇

2.1塑件體積和質(zhì)量的計(jì)算通過UG建模軟件可直接分析得出塑件體積V塑為36613.0815mm3，如圖2-1所示。塑件質(zhì)量可通過m塑=V塑×ρ圖2-1塑件體積2.2型腔數(shù)量的確定此讀表器外殼屬于小型塑件，形狀比較規(guī)則，精度一般，需要批量生產(chǎn)。從經(jīng)濟(jì)性考慮，不宜采用一模一腔的結(jié)構(gòu)，同時(shí)為了防止模具結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜和降低塑件精度，本次設(shè)計(jì)采用一模兩腔。2.3型腔布局的確定通過查閱參考文獻(xiàn)[3]初步擬定中心距為120mm，型腔布置方式如圖2-2所示。圖2-2型腔布局示意圖2.4分型面的確定由于本塑件為外殼類，在確定分型面時(shí)，要充分考慮分型面的位置應(yīng)選在最大截面處，同時(shí)也要確定該分型面讓模具結(jié)構(gòu)簡單，在開模時(shí)要確定塑件留在型芯上。分型面設(shè)計(jì)如圖2-3所示。圖2-3分型面示意圖2.5注塑機(jī)的初選注塑機(jī)的注射量受塑件體積以及澆注系統(tǒng)體積的影響，因澆注系統(tǒng)還未進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)參考文獻(xiàn)凝料體積估算：V總=根據(jù)V公?V總÷α，α取選擇注射機(jī)為SZ-200/120，參數(shù)見表2。表2SZ-200/12工藝參數(shù)表工藝工藝參數(shù)工藝工藝參數(shù)理論注射量/cm3200拉桿內(nèi)向距/mm335×385螺桿柱塞直徑/mm42移模行程/mm350注射壓力/MPa150最大模具厚度/mm400注射速率/g·s-1120最小模具厚度/mm230塑化能力/kg·h70鎖模形式雙曲肘螺桿轉(zhuǎn)速/r·min-10~220模具定位孔直徑/mm125鎖模力/kN1200噴嘴球半徑/mm15噴嘴孔直徑/mm42.6注塑機(jī)的校核2.6.1最大注塑量的校核由上文可知澆注系統(tǒng)注射量為131.25cm3,設(shè)計(jì)時(shí)選用的注塑機(jī)SZ-200/120理論注射量為200cm3。合格。2.6.2鎖模力的校核根據(jù)UG建模軟件可得出，塑件在分型面上的投影面積為A塑=8844.403mm2塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積為A總=1.35nA塑=23878.8mm22.6.3注射壓力的校核注射壓力校核注射壓力校核：k'p0=110×1.3=143MPa﹤合格。

第三章CAE分析塑料成型模流分析軟件（CAE）可以通過已設(shè)定的各種參數(shù)來模擬在注塑的各種階段，例如填充，保壓，冷卻等。同時(shí)塑料成型CAE軟件還可以通過它的設(shè)計(jì)功能，在對(duì)模具設(shè)計(jì)時(shí)可以帶來重要的參考依據(jù)，以免出現(xiàn)實(shí)體模具尺寸偏差等問題。其次，還可以運(yùn)用塑料成型CAE軟件可有效減少在工廠試驗(yàn)的時(shí)間，而且還能從分析以此來驗(yàn)證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的方案是否可行，以免制成后出現(xiàn)塑件裂紋等一系列缺陷。塑料成型CAE軟件還可在模具設(shè)計(jì)過程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在隱患，包括模具形狀、尺寸不符合實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)等，這些都可在塑料成型CAE軟件下得以解決。此章CAE分析主要介紹如何使用Moldflow進(jìn)行分析，后續(xù)章節(jié)會(huì)詳細(xì)介紹如何進(jìn)行充填分析，冷卻分析等[4]。3.1模型的導(dǎo)入在對(duì)塑件進(jìn)行分析之前，首先要完成的是將三維塑件轉(zhuǎn)換成CAE軟件的文件格式（STL.）通過創(chuàng)建工程以此來導(dǎo)入塑件，如圖3-1所示。圖3-1模型導(dǎo)入3.2網(wǎng)格的劃分在進(jìn)行分析時(shí)，第一步為將三維塑件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，由于在導(dǎo)入塑件時(shí)選擇的網(wǎng)格劃分為雙層面，即網(wǎng)格劃分是在表面，所以在劃分網(wǎng)格時(shí)，所用的單元是三角點(diǎn)三角形。通過自動(dòng)生成網(wǎng)格如圖3-2所示。圖3-2網(wǎng)格劃分劃分完網(wǎng)格之后，為了能夠進(jìn)行正常的模擬，縱橫比不能過大和若有其他網(wǎng)格缺陷，需通過診斷和修復(fù)才能進(jìn)行分析。本塑件劃分網(wǎng)格之后通過進(jìn)行網(wǎng)格統(tǒng)計(jì)，三角形個(gè)數(shù)為12992個(gè)，連接的節(jié)點(diǎn)有6490個(gè)，連通區(qū)域有1處，無不可見三角形，表面面積為313.195cm2,體積為36.5934cm3,平均縱橫比在1.74，無配向不正確的單元，匹配百分百為94.2%。得出結(jié)論適合進(jìn)行雙層面分析。3.3最佳澆口位置的分析在對(duì)塑件進(jìn)行網(wǎng)格劃分之后，沒有網(wǎng)格缺陷的基礎(chǔ)上才能進(jìn)行其他分析。在對(duì)最佳澆口位置進(jìn)行分析時(shí)要對(duì)塑件的材料，分析序列，工藝設(shè)置進(jìn)行選擇，本塑件材料選擇為ABS，分析序列為澆口位置，工藝設(shè)置為注塑機(jī)的參數(shù)。分析后的結(jié)果如圖3-3所示。圖3-3澆口位置分析3.4成型窗口的分析成型窗口分析的作用是用于定義能夠生產(chǎn)合格產(chǎn)品的成型工藝條件范圍。如果位于這個(gè)范圍中，則可以生產(chǎn)出質(zhì)量較好的塑件。步驟同澆口位置分析類似，在選擇分析序列是設(shè)置為成型窗口[5]。3.4.1區(qū)域分析如圖3-4所示為區(qū)域分析。通過分析，該區(qū)域均可行。圖3-4區(qū)域分析3.4.2成型窗口推薦的工藝參數(shù)通過成型窗口分析之后得出的最佳參數(shù)見表3。表3最佳工藝參數(shù)表工藝最佳工藝參數(shù)推薦的模具溫度52.50℃推薦的熔體溫度280.00℃推薦的注射時(shí)間0.4904s

第四章澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體順利地充滿到型腔各處，以便獲得外形輪廓清晰，內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品的成型質(zhì)量，成型周期。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包含流道設(shè)計(jì)，澆口的設(shè)計(jì)，冷料穴的設(shè)計(jì)。4.1主流道的設(shè)計(jì)從注塑模具與噴嘴接觸的部位到分流道的一段塑料熔體流經(jīng)的流道被稱為主流道。主流道的形狀，大小會(huì)直接影響熔體的流動(dòng)速度和注射時(shí)間。流道截面有圓形截面，U形截面，梯形截面和半圓形截面等。通過比較四種截面的流動(dòng)性，本設(shè)計(jì)采用圓形截面。（1）主流道進(jìn)口端直徑：查閱表2可知SZ-200/120型注塑機(jī)的噴嘴口直徑為4mm。查閱參考文獻(xiàn)[6]表5-2可知：則主流道進(jìn)口端直徑d=注射機(jī)噴嘴孔直徑+(0.5~1)mm，則d=4+1=5mm。（2）主流道進(jìn)口端球面半徑：查閱表2可知SZ-200/120型注塑機(jī)的噴嘴球半徑為18mm。查閱參考文獻(xiàn)[6]表5-2可知：主流道進(jìn)口端球面半徑SR=注射機(jī)噴嘴球面半徑+(1~2)mm，則SR=15+1=16mm。（3）主流道球面配合高度：查閱表2可知：主流道球面配合高度h取值為3~5，故取h=3。

（4）主流道錐角：查閱參考文獻(xiàn)[6]表5-2可知：主流道錐角ɑ取值為2°~6°，故取ɑ=2°。（5）主流道長度：查閱參考文獻(xiàn)[6]表5-2可知：主流道長度L取值盡量≦60，但為了與模架相適應(yīng)，后經(jīng)修改故取L=74mm。（6）主流道大端直徑：查閱參考文獻(xiàn)[6]表5-2可知：主流道大端直徑D取值為8mm。4.2分流道的設(shè)計(jì)從主流道流出塑料后經(jīng)過的流道分別為第一分流道，第二分流道，第三分流道，以此類推。通過查閱參考文獻(xiàn)[8]3.3.1流道的設(shè)計(jì)，給出的分流道為：第一分流道為φ4mm~φ6mm;第二分流道為φ3mm~φ5mm。在此次設(shè)計(jì)中，由于主流道末端直徑為8mm，故為了保證流道之間差距較小，第一分流道直徑為6mm，第二分流道直徑為4mm。由于本次模具設(shè)計(jì)為一模兩腔，排列方式通過查閱參考文獻(xiàn)[8]，暫定兩種設(shè)計(jì)，如圖4-1和圖4-2所示。圖4-1方案1圖4-2方案24.3澆口的設(shè)計(jì)入水方式是塑料進(jìn)入模具型腔的方法，主要有細(xì)水口入水方式和大水口入水方式。本設(shè)計(jì)采用大水口入水方式，特點(diǎn)有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，注塑速度較快，生產(chǎn)效率高等等。大水口結(jié)構(gòu)大致有8種，從結(jié)構(gòu)簡單考慮，本設(shè)計(jì)采用平行水口。長度和寬度均取為2，高度取為1。如圖4-3所示。圖4-3澆口而入水口位置的確定會(huì)影響很多，例如塑件的外觀，塑件的性能，塑件的充填情況，加工的難度等等。但為了使模具加工簡單，提高工作效率，此最佳澆口位置僅為一個(gè)參考，在設(shè)計(jì)本塑件時(shí)，設(shè)計(jì)出了兩種澆注方式。如上圖4-1和圖4-2所示。

4.4冷料穴的設(shè)計(jì)在填充時(shí)，冷料穴的作用是在注塑模中用來儲(chǔ)存注射間隔期間產(chǎn)生的冷料，從而使射進(jìn)模具的都是熱膠料有利于成型，同時(shí)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。冷料穴有兩種分別是主流道冷料穴和分流道冷料穴，主流道藏冷料的地方可通過水口頂針來完成，所以此處設(shè)計(jì)為分流道冷料穴設(shè)計(jì)。通過公式E=（1.5~2）φd圖4-4冷料穴4.5澆注系統(tǒng)的優(yōu)化注塑模的充填過程是指將塑料充滿模具的過程，此過程對(duì)于整個(gè)塑料成型尤為關(guān)鍵，不僅影響塑件的強(qiáng)度，塑件的應(yīng)力，塑件的表面品質(zhì)等等。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，為了能夠提高效率，縮短生產(chǎn)周期，往往會(huì)結(jié)合塑料成型CAE進(jìn)行分析以此來確定最佳的設(shè)計(jì)方案。4.5.1充填分析過程在進(jìn)行分析時(shí)，首先需要導(dǎo)入模具并進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后通過選擇分析序列為快速充填，將材料設(shè)置為ABS，同時(shí)將工藝設(shè)置為所選注塑機(jī)的工藝參數(shù)。在此基礎(chǔ)上，方可進(jìn)行充填分析。在設(shè)計(jì)時(shí)暫定了兩種澆注方案，方案1為無冷料穴，澆口位置設(shè)置在塑件長度方向上中心的位置，由于本模具為一模兩腔，則澆口位置成軸對(duì)稱。方案2為設(shè)計(jì)冷料穴，澆口位置設(shè)置在塑件長度方向上偏離中心位置，兩個(gè)澆口位置成中心對(duì)稱。現(xiàn)將兩種方案分別進(jìn)行充填分析。方案1充填分析過程信息如圖4-5所示。圖4-5方案1分析過程信息方案2充填分析過程信息如圖4-6所示。圖4-6方案2分析過程信息可知方案2的最大注射壓力78.94MPa大于方案1的62.50MPa并且方案1的充填時(shí)間要低于方案2，所以方案1要優(yōu)于方案2。4.5.2充填時(shí)間充填時(shí)間充分反映了塑料熔體在流道和型腔內(nèi)的流動(dòng)情況，通過查看充填時(shí)間可以直觀的了解到塑件充填情況以及查看塑件有充不足，遲滯的現(xiàn)象。在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量滿足充填應(yīng)該平衡，塑件的各個(gè)遠(yuǎn)端在同一時(shí)刻充滿。方案1分析之后的充填時(shí)間為0~2.195s如圖4-7所示。圖4-7方案1充填時(shí)間方案2分析之后的充填為0~2.679s如圖4-8所示。圖4-8方案2充填時(shí)間經(jīng)過對(duì)比，充填時(shí)間兩種方案相差不大，方案1略好于方案2。4.5.3氣穴位置當(dāng)材料從各個(gè)方向流向同一個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，就會(huì)生成氣穴。氣穴位于分型面時(shí)，可排出，但在塑件上時(shí)，氣穴不易消除。在設(shè)計(jì)時(shí)，盡量使氣穴數(shù)量在塑件個(gè)數(shù)較少方案1的塑件氣穴個(gè)數(shù)為80個(gè)位置如圖4-9所示。圖4-9方案1氣穴分布方案2的塑件氣穴個(gè)數(shù)為72個(gè)位置如圖4-10所示。圖4-10方案2氣穴分布通過對(duì)比，在氣穴缺陷上，方案2略好于方案1。4.5.4熔接痕的分析當(dāng)兩股塑料熔體的流動(dòng)前沿匯聚到一起，或者一股塑料熔體的流動(dòng)前沿分開之后聚合到一起，會(huì)產(chǎn)生熔接痕。澆口位置和個(gè)數(shù)以及其他因素均會(huì)影響熔接痕的產(chǎn)生。方案1的熔接痕如圖4-11所示。圖4-11方案1熔接痕方案2的熔接痕如圖4-12所示。圖4-12方案2熔接痕在熔接痕上方案2的熔接痕并未出現(xiàn)較多角度很大的熔接痕，而方案1出現(xiàn)了四條角度較大且細(xì)長的熔接痕，方案1與方案2的熔接痕個(gè)數(shù)和長度上相差不大，方案2好于方案1。4.5.5澆注方案的確定通過以上兩種方案的CAE分析對(duì)比以及通過查閱參考文獻(xiàn)[8]，在保證冷料穴的情況下，最終確定澆注方案為方案2。主流道始端直徑為5mm，末端直徑為8mm，長度為74mm，第一分流道直徑為6mm，長度為76mm，第二分流道直徑為4mm長度為15mm。冷料穴長度為9mm。澆口尺寸為2mm×2mm×1mm。澆注系統(tǒng)俯視圖如圖4-17所示。圖4-17澆注系統(tǒng)俯視圖澆注系統(tǒng)左視圖如圖4-18所示。圖4-18澆注系統(tǒng)左視圖

第五章成型零部件工作尺寸的計(jì)算本設(shè)計(jì)中成型零部件包括型腔和型芯還有鑲塊。在設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，要根據(jù)塑料的特性，塑件的結(jié)構(gòu)以及精度要求等對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證成型零件具有合理的結(jié)構(gòu)，足夠的強(qiáng)度和剛度以及表面粗糙度等[7]。5.1型腔的設(shè)計(jì)5.1.1型腔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)型腔按照結(jié)構(gòu)可分為兩大類，分別是整體式和組合式。本模具外形較為簡單，可以選擇整體式型腔，該類型腔由整塊材料制成，成型的塑件精度高，外形美觀。在本次設(shè)計(jì)中，選擇將型腔直接設(shè)置在定模板上，同時(shí)因?yàn)樾颓灰c塑料熔體直接接觸，所以定模板的材料選擇強(qiáng)度較高的45#，其強(qiáng)度為28HRC~32HRC。型腔材料為3Cr2Mo，強(qiáng)度為35~40HRC。5.1.2型腔工作尺寸的計(jì)算型腔徑向尺寸通過查閱參考文獻(xiàn)[9]表6-1，采用平均尺寸法來進(jìn)行尺寸計(jì)算。計(jì)算公式為：L其中LM為型腔徑向尺寸，LS為塑件徑向公稱尺寸，SCP為塑料的平均收縮率，△為塑件公差值，mmσz為型腔制造公差，通過查閱參考文獻(xiàn)[8]，可知材料ABS的平均收縮率為S=0.3+0.82=0.55%?！骺梢酝ㄟ^查閱參考文獻(xiàn)通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸:

LL查閱參考文獻(xiàn)[7]表2-11得出σzLL型腔深度尺寸通過查閱參考文獻(xiàn)[9]表6-1，采用平均尺寸法來進(jìn)行尺寸計(jì)算。計(jì)算公式為:H通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸:H查閱參考文獻(xiàn)[7]表2-11得出σz1=HH5.2型芯的設(shè)計(jì)5.2.1型芯結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)型芯是與型腔配合完注塑成型的成型零件，型芯也與塑料熔體直接接觸，所以其材料的選擇、硬度要求、工藝的設(shè)計(jì)與型腔相同即可。所以動(dòng)模板的材料選擇強(qiáng)度較高的45#，其強(qiáng)度為28HRC~32HRC。型腔材料為3Cr2Mo，強(qiáng)度為35~40HRC。5.2.2型芯工作尺寸的計(jì)算型芯徑向尺寸通過查閱參考文獻(xiàn)[9]表6-1，采用平均尺寸法來進(jìn)行尺寸計(jì)算。計(jì)算公式為L其中LM為型腔徑向尺寸，LS為塑件徑向公稱尺寸，SCP為塑料的平均收縮率，△為塑件公差值，mmσz為型芯制造公差，材料ABS的平均收縮率如上文所示?！骺梢酝ㄟ^查閱參考文獻(xiàn)獲得。σz可通過查閱參考文獻(xiàn)[8]表2-11通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸為：LS1=LS3=則通過公式計(jì)算可得出型腔徑向尺寸：LL型芯高度尺寸通過查閱參考文獻(xiàn)[9]表6-1，采用平均尺寸法來進(jìn)行尺寸計(jì)算。計(jì)算公式為：H通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸：

HHH則通過公式計(jì)算可得出型腔深度尺寸：HHH5.3中心距尺寸的計(jì)算中心距尺寸通過查閱參考文獻(xiàn)塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件及設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)表6-1，采用平均尺寸法來進(jìn)行尺寸計(jì)算。計(jì)算公式為L其中LM為模具中心距尺寸，LS為模具中心距尺寸，SCP為塑料的平均收縮率，△為塑件公差值，mmσz為模具中心距制造公差，通過觀察并測量塑件三視圖可得出塑件尺寸：

L則通過公式計(jì)算可得出型腔深度尺寸：L通過以上計(jì)算，型腔和型芯的成型尺寸標(biāo)注如圖5-1和圖5-2所示圖5-1型腔成型尺寸標(biāo)注圖5-2型芯成型尺寸標(biāo)注

第六章脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

模具的脫模機(jī)構(gòu)是模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，澆注完成后通過冷卻到塑料頂出溫度，為了能夠取出塑件，所需要的結(jié)構(gòu)為脫模機(jī)構(gòu)或稱頂出系統(tǒng)。如果脫模機(jī)構(gòu)設(shè)置不合理的話，在脫模時(shí)，可能會(huì)造成塑件頂穿，頂裂，斷膠還可能頂不出，頂針斷裂等一系列問題[8]。6.1結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要充分考慮塑料性能，塑件對(duì)頂出痕的要求，脫模力是否合格以及使用壽命等等問題。脫模機(jī)構(gòu)通常有普通頂針頂出機(jī)構(gòu)，普通有托頂針頂出機(jī)構(gòu)，普通扁頂針頂出機(jī)構(gòu)，直頂頂出機(jī)構(gòu)等，在本次設(shè)計(jì)中，為了能夠使模具結(jié)構(gòu)簡單，選用廣泛使用的普通頂針頂出機(jī)構(gòu)。此類機(jī)構(gòu)通常由頂針，頂針面板，頂針固定板，復(fù)位桿和復(fù)位彈簧組成。6.1.1頂針的設(shè)計(jì)頂針又可叫推桿。首先選擇推桿的規(guī)格，查閱參考文獻(xiàn)[8]表6-1，在選擇推桿規(guī)格時(shí)盡量不能使用非標(biāo)準(zhǔn)推桿，因?yàn)榉菢?biāo)推桿不僅價(jià)格相較于標(biāo)準(zhǔn)推桿昂貴，同時(shí)需要訂購，所需時(shí)間較長，同時(shí)若推桿一旦損壞，更換不便也是一個(gè)問題。在標(biāo)準(zhǔn)推桿中，當(dāng)直徑小于2.5mm時(shí)，需要使用有托推桿還要設(shè)計(jì)中托司，所以本次設(shè)計(jì)時(shí)，選用推桿直徑為6mm單個(gè)塑件有12個(gè)，本次設(shè)計(jì)為一模兩腔，總推桿個(gè)數(shù)為24個(gè)。推桿與模板上的推桿孔采用H7/f6間隙配合。推桿位置的設(shè)計(jì)查閱參考文獻(xiàn)[8]表6-2，排位圖如圖6-1所示。圖6-1推桿排位圖6.1.2水口頂針的設(shè)計(jì)水口頂針也叫水口拉料針，主要作用為是在脫模時(shí)將澆注系統(tǒng)里的塑料隨后模一起脫出，同時(shí)也能在此處進(jìn)行貯藏冷料的作用，查閱參考文獻(xiàn)[8]表6-10，可知水口拉料針有三種結(jié)構(gòu)：環(huán)形扣拉料方式，勾槽拉料方式，留直身長膠柱拉料方式。從加工情況，生產(chǎn)效率，生產(chǎn)成本，以及會(huì)產(chǎn)生缺陷等方面進(jìn)行考慮，本次設(shè)計(jì)中采用的是勾槽拉料方式，直徑則選用6mm的推桿。水口頂針與模板上的推桿孔同樣也采用H7/f6間隙配合水口頂針結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。圖6-2水口拉料針6.1.3頂出機(jī)構(gòu)的其它設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)完頂針之后需要對(duì)頂針面板，頂針固定板和復(fù)位桿進(jìn)行設(shè)計(jì)。由于頂針固定板會(huì)與動(dòng)模座板通過螺釘連接，在此處不進(jìn)行頂針面板和頂針固定板的設(shè)計(jì)。復(fù)位桿設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)書中后標(biāo)準(zhǔn)件的選用會(huì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，此處暫不設(shè)計(jì)。6.2脫模力的計(jì)算脫模力是指將塑件從型芯上脫出時(shí)所需克服的阻力。由于脫模力的計(jì)算與測量十分復(fù)雜，所以對(duì)于殼類塑件的脫模力可以簡化成圓筒形或矩形來近似計(jì)算。查閱參考文獻(xiàn)[7]中公式（2-39）薄壁矩形塑件的脫模力計(jì)算公式為：F式中K為脫模斜度系數(shù)fcα為塑料的線膨脹系數(shù)，1/℃E為脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量，MPaTf為塑料的軟化溫度Tj為脫模時(shí)塑件溫度T為塑件的壁厚，mmH為型芯脫模方向上的高度，mm其中K=fccosβ-查閱參考文獻(xiàn)[8]表2-12可以獲得以上參數(shù)。通過以上公式的計(jì)算，K=0.4324970.453533對(duì)于不通孔的殼形塑件脫模時(shí)還需克服大氣壓力造成的阻力Fb=0.1F6.3推出應(yīng)力的計(jì)算推出面積為A推桿推出應(yīng)力，根據(jù)參考文獻(xiàn)[8]表2-12取許用應(yīng)力[σ]為15MPaσ=F

第七章模架的選擇及標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇7.1模架的選擇根據(jù)參考GB/T12555-2006《塑料注射模架》，模架主要形式有大水口模架，細(xì)水口模架和簡化細(xì)水口模架。本設(shè)計(jì)選擇的模架為大水口模架，而大水口模架又包含了工字型模架，無面板的直身型模架，有面板的直身型模架，在此基礎(chǔ)上選擇為工字型模架。模架代號(hào)為CI-3540-A85-B85-C100[9]。7.1.1動(dòng)模座板選用的規(guī)格長寬高為400×400×30mm。材料選擇45鋼，硬度為28HRC～32HRC。動(dòng)模座板用于與注塑機(jī)連接，其中心存在頂棍孔，對(duì)稱分布著6個(gè)垃圾釘，4個(gè)用于連接方鐵墊塊的沉頭孔以及6個(gè)用于連接動(dòng)模板的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-1所示。圖7-1動(dòng)模座板7.1.2推桿墊板選用的規(guī)格長寬高為400×220×25mm。材料選擇45鋼，硬度為28HRC～32HRC。墊板用于支承推桿固定板，并且通過與注塑機(jī)頂桿接觸來實(shí)現(xiàn)推出工作。墊板上對(duì)稱分布4個(gè)用于連接推桿固定板的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-2所示。圖7-2推桿墊板7.1.3推桿固定板選用的規(guī)格長寬高為400×220×20mm。材料為45鋼，硬度為28HRC～32HRC。推桿固定板用于固定推桿。推桿固定板對(duì)稱分布著4個(gè)連接推桿墊板通孔，4個(gè)復(fù)位桿的沉頭孔以及25個(gè)推桿的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-3所示。圖7-3推桿固定板7.1.4動(dòng)模板選用的規(guī)格長寬高為400×350×85mm。材料為45鋼，硬度為28HRC～32HRC。動(dòng)模板用于固定導(dǎo)柱與型芯。動(dòng)模板上對(duì)稱分布著6個(gè)用于連接底板和墊塊的螺紋孔、4個(gè)安裝復(fù)位桿的通孔、4個(gè)安裝導(dǎo)柱的沉頭孔、4個(gè)用于連接型芯的沉頭孔，25個(gè)安裝推桿的通孔以及和2個(gè)螺紋孔。其具體結(jié)構(gòu)如圖7-4所示。圖7-4動(dòng)模板7.1.5定模板選用的規(guī)格長寬高為400×350×85mm。材料為45鋼，硬度為28HRC～32HRC。定模板用于固定型腔和安裝澆口套等作用。定模板上對(duì)稱分布著6個(gè)用于連接定模座板的螺紋孔、4個(gè)安裝導(dǎo)柱的沉頭孔、4個(gè)用于連接型腔的沉頭孔，1個(gè)安裝澆口套的沉頭孔以及和2個(gè)螺紋孔。其具體結(jié)構(gòu)如圖7-5所示。圖7-5定模板7.1.6定模座板選用的規(guī)格長寬高為400×400×30mm。材料選擇45鋼，硬度為28HRC～32HRC。定模座板用于與定位環(huán)連接，其中心存在定位環(huán)的沉頭口，4個(gè)螺紋孔以及6個(gè)用于連接定模板的沉頭孔，其具體結(jié)構(gòu)如圖7-6所示。圖7-6定模座板7.2標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇根據(jù)參考文獻(xiàn)塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件及設(shè)計(jì)應(yīng)用手冊(cè)和GB/T4169.1-2006~GB/T4169.23-2006和GB/T4170-2006。對(duì)帶頭導(dǎo)套，帶頭導(dǎo)柱，定位圈，澆口套和螺釘?shù)倪x用進(jìn)行了設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)情況見裝配圖和零件圖。

第八章冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在注塑模設(shè)計(jì)中，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是重要組成部分，在模具成型過程中，塑件的品質(zhì)會(huì)被模具溫度直接影響到。通常冷卻設(shè)計(jì)有三種方法，一種用風(fēng)作為介質(zhì)，一種用油作為介質(zhì)，還有一種用水作為介質(zhì)。以ABS為原料的塑件的成型溫度通常在180oC至230oC之間、其模具的溫度最好控制在25oC至70oC之間。大部分冷卻介質(zhì)可以選擇冷卻水，因?yàn)樗膬r(jià)格低，且水的比熱容相比其他冷卻液體很高。所以從這兩方面綜合考慮本模具選擇冷卻水作為冷卻介質(zhì)。8.1冷卻系統(tǒng)的簡略計(jì)算在實(shí)際情況中，模具冷卻系統(tǒng)的計(jì)算十分復(fù)雜，所以此處對(duì)模具冷卻系統(tǒng)創(chuàng)建進(jìn)行了初步的計(jì)算。在忽略了模具因?yàn)榭諝鈱?duì)流，熱輻射以及與注射機(jī)接觸所觸發(fā)的熱量，不考慮模具金屬材料熱阻的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行了初步計(jì)算。8.1.1塑件在固化時(shí)每小時(shí)釋放的能量Q 查閱參考文獻(xiàn)[8]p103頁公式Q=W式中Q1為單位質(zhì)量放出的熱量，查閱參考文獻(xiàn)[11]表9.8-4得出ABS單位質(zhì)量放出的熱量為310kJ/kg~400kJ/kg，本設(shè)計(jì)取為350kJ/kgW為單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料質(zhì)量（kg/min），在此次設(shè)計(jì)中，每分鐘生產(chǎn)1次，則周期為1，則W=1Vρ=1×131.25×1.1≈0.14438.1.2冷卻水體積流量qVq式中，qV為水的體積流量，Q為單位時(shí)間內(nèi)ABS釋放的熱量，c為水的比熱容c=4.187J/（kg·℃)，ρ為水的密度ρ=1×103kg/m3，θ1為水的出口溫度θ1=288.1.3冷卻管道直徑d查閱參考文獻(xiàn)[7]表4-30，因?yàn)橥牧鳡顟B(tài)的冷卻水冷卻效果最好，所以取冷卻管道直徑為6mm。8.1.4冷卻水在管道內(nèi)的流速VV=滿足湍流要求。8.1.5冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)hh=8.1.6冷卻管道的總傳熱面積A A=8.2冷卻回路的布置在查閱參考文獻(xiàn)[12]，對(duì)比了U形和隨形冷卻水道和從模具結(jié)構(gòu)簡單為出發(fā)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)為U形冷卻水道。對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，釋放的總熱量很小、冷卻回路所需的總表面積同樣很小，所以考慮到模具生產(chǎn)制造的成本以及為了制造生產(chǎn)方便，可直接選取最常見的單組單層冷卻水道。通過查閱參考[7]，設(shè)計(jì)出的冷卻水道如圖8-1和圖8-2所示。圖8-1冷卻水道分布主視圖圖8-2冷卻水道分布俯視圖8.3冷卻系統(tǒng)的分析冷卻分析可以用來模擬塑料熔體在模具內(nèi)的熱量傳遞情況，從而可以判斷塑件冷卻效果的優(yōu)劣。基于前述設(shè)計(jì)，通過Mudflow軟件繪制了冷卻水道，對(duì)冷卻分析工藝條件進(jìn)行設(shè)置，然后對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了分析，結(jié)果如下?；芈妨鲃?dòng)速率如圖8-2所示，分布均勻。圖8-2回路冷卻速率回路液雷諾數(shù)如圖8-3所示，本設(shè)計(jì)的雷諾數(shù)為10000，符合湍流的要求。圖8-3回路液雷諾數(shù)如圖8-4所示，經(jīng)過分析，回路管壁溫度溫差大概在3.49℃，小于5℃，符合設(shè)計(jì)的要求。圖8-4回路管壁溫度分布圖如圖8-5所示，回路冷卻液溫度分布，通過分析回路冷卻液溫度升高了2℃，滿足了不要超過3℃的規(guī)定。圖8-5回路冷卻液溫度分布圖

第九章注塑模具的經(jīng)濟(jì)分析9.1注塑模具零件成本的計(jì)算在本次設(shè)計(jì)中，注塑模具的動(dòng)模座板、墊塊、推桿墊板、推桿固定板、動(dòng)模板、定模板、定模座板采用的材料為45鋼，45鋼所具有的硬度、強(qiáng)度等性能足以滿足注塑模具的需求。而成型部位的關(guān)鍵零件型腔和型芯所采用的材料為3Cr2Mo，3Cr2Mo相比于45鋼具有更高的強(qiáng)度。通過對(duì)市場原材料進(jìn)行調(diào)查，已知45鋼的價(jià)格為5元/千克，3Cr2Mo鋼的價(jià)格為7.5元/千克。45鋼的密度為7.85g/cm3，40Cr的密度為7.31g/cm3。首先進(jìn)行各零件質(zhì)量的計(jì)算：動(dòng)模座板的體積為4800cm3，質(zhì)量為4800×7.85=37.7kg墊塊的體積為2100cm3，質(zhì)量為2100×7.85=16.49kg推桿墊板的體積為2200cm3，質(zhì)量為2200×7.85=17.27kg推桿固定板的體積為1760cm3，質(zhì)量為1760×7.85=13.82kg型芯的體積為2565cm3，質(zhì)量為2565×7.31=20.14kg型腔的體積為2565cm3，質(zhì)量為2565×7.31=20.14kg動(dòng)模板的體積為9335cm3，質(zhì)量為9335×7.85=72.99kg定模板的體積為9335cm3，質(zhì)量為9335×7.85=72.99kg定模座板的體積為4800cm3，質(zhì)量為4800×7.85=37.7kg本注塑模具各零件的成本如表7-1所示。表7-1讀表器外殼各零件成本名稱材料數(shù)量（個(gè)）質(zhì)量（kg）單價(jià)（元/kg）總價(jià)（元）動(dòng)模座板45#137.75188.5墊塊45#116.49582.45推桿墊板45#117.27586.35推桿固定板45#113.82569.1型芯3Cr2Mo120.147.5151型腔3Cr2Mo120.147.5151動(dòng)模板45#172.995365動(dòng)模板45#172.995365定模座板45#137.75188.5總計(jì)1646.9元9.2標(biāo)準(zhǔn)件成本得計(jì)算讀表器外殼注塑模具的標(biāo)準(zhǔn)件包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套、澆口套、定位圈、復(fù)位桿、推桿、管接頭、內(nèi)六角圓柱頭螺釘?shù)取Ｆ淇們r(jià)格估計(jì)在1000元。9.3總成本除了模具零件和標(biāo)準(zhǔn)件的成本外，總成本還包括其他生產(chǎn)成本。其他生產(chǎn)成本包括上述所有板材的加工、ABS材料成本和技術(shù)成本設(shè)計(jì)人員成本和工人工資。同時(shí)，還包括模具調(diào)試費(fèi)用、水、電、廠房等因素。采用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算法對(duì)注塑模具的成本進(jìn)行了計(jì)算一般情況下，注塑模的材料成本占總成本的15%～30%，本次設(shè)計(jì)取平均值為25%，所以讀表器外殼注塑模的總成本約為11777.78元。結(jié)論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)通過使用AutoCAD2021、UG12.0以及Moldflow2019等計(jì)算機(jī)軟件完成了對(duì)某讀表器外殼的設(shè)計(jì)，具有一定的實(shí)際意義。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要考查了與注塑模具相關(guān)的專業(yè)知識(shí)。本文對(duì)所選的材料ABS塑料特性進(jìn)行了介紹、分析了讀表器外殼的結(jié)構(gòu)工藝性、設(shè)計(jì)了讀表器外殼注塑模具的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，并對(duì)所完成的設(shè)計(jì)進(jìn)行CAE分析，確保了設(shè)計(jì)方案的合理性。下面敘述本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所主要完成的幾項(xiàng)工作：

1.根據(jù)任務(wù)書，首先分析讀表器外殼的成型工藝性以及選擇了塑件材料為ABS，在此基礎(chǔ)上，通過UG軟件確立了塑件的體積再計(jì)算處理塑件的質(zhì)量，確定型腔數(shù)量為一模兩腔和分型面，對(duì)注塑機(jī)進(jìn)行了初選，初步選取了注塑機(jī)之后，校核了注射量，注射壓力以及鎖模力完成了注塑機(jī)的選取。2.根據(jù)任務(wù)書，通過查看讀表器外殼的二維結(jié)構(gòu)圖。使用UG12.0軟件對(duì)讀表器外殼進(jìn)行了三維實(shí)體造型。同時(shí)將讀表器外殼的UG三維實(shí)體模型導(dǎo)入到Moldflow2019中進(jìn)行CAE分析。將讀表器外殼劃分為11498個(gè)三角形雙層面網(wǎng)格，完成了對(duì)讀表器外殼的澆口和成型窗口分析。3.在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，初步確定了兩種澆注方案，在此基礎(chǔ)上，通過對(duì)兩種澆注方案的模流分析，對(duì)比了兩種方案的優(yōu)劣性，確定了最終的澆注方案。對(duì)成型零部件尺寸進(jìn)行了計(jì)算，從而確立了型腔和型芯的結(jié)構(gòu)和尺寸。同時(shí)對(duì)脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)并完成了校核。在此基礎(chǔ)上，選取了模架和一些標(biāo)準(zhǔn)件。4.根據(jù)讀表器外殼注塑模具所設(shè)計(jì)的尺寸，使用AutoCAD2021軟件并參考標(biāo)準(zhǔn)畫法，對(duì)讀表器外殼注塑模具的二維裝配圖和零件圖進(jìn)行了繪制。5.粗略的估算了整套模具所需要的成本。綜上本次設(shè)計(jì)將會(huì)對(duì)小型外殼類塑件具有參考意義。

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